BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用研究.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：以某应急隔离酒店项目为例，集成BIM技术、物联网技术、人工智能技术于一体，以数据为载体，形成以标准化设计为主导，构件生产追溯可视化，施工现场监控智能化，运维管理数据化的新流程。打造应急隔离工程快速建造、平疫结合新方案，开创智能建造管理新模式，实现装配式建筑全生命周期的精细化管理与智能化管控。关键词：BIM技术；装配式建筑；智能建造中图分类号：TU17；TU741文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0293-04DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1293Research on the Application of BIM Technology in the Intelligent Construction of Prefabricated BuildingsDING Dongshan，LU Hao（China Construction Science and Industry Co.，Ltd，Shenzhen 518000，China）Abstract：Take the international hotel project as an example，integrating BIM technology，Internet of Things technology，and artificial intelligence technology.With data as the carrier，a new process is formed with standardized design as the lead，component production traceability and visualization，construction site monitoring intelligent，and operation and maintenance management digitalized.Create a new plan for rapid construction of emergency isolation projects and combination of peacetime and epidemic situation，create a new mode of smart construction management，and realize refined management and intelligent control of the entire life cycle of prefabricated buildings.Keywords：BIM technology；prefabricated building；intelligent construction“十四五”规划提出，要发展智能建造，推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅。借助5G、人工智能、物联网等新技术发展智能建造，为下一步推动智能建造与新型建筑工业化协同发展指明方向。因此，大力推进智能建造持续发展成为当前迫切待解决的问题。通过应用BIM技术，提高建造过程的智能化水平，其中数字化设计是关键、智能工厂化生产是基础、基于感知的智能施工是应用重点，智慧运维是发展趋势，形成涵盖设计、生产、施工、运维等全产业链融合一体的智能建造产业体系。本文依托某酒店项目进行智慧建造探索，以BIM数据为载体，拉通工程各阶段的数据创建、完善及价值创造，以匹配一线需求为BIM开展的落脚点，探索出一条基于BIM技术的装配式建筑智能建造新路线，为BIM技术在智能建造中的应用积累可推广复制的经验。1工程概况1.1项目简介项目建设包括6栋18层酒店、1栋18层宿舍、4栋7层酒店、1栋7层宿舍及医疗、餐饮、污水处理站、发电机房、变配电站等配套设施，总计模块化箱体1288台。总建筑面积约30万平米。项目整体按照隔离、服务及配套分区组团规划，做到“洁污”分流。酒店按三星级标准设计建设，考虑平疫结合，未来作为国际会展和融创冰*基金项目：中建股份科技研发计划资助“基于防疫功能的模块化应急隔离工程智慧建造关键技术研究”（CSCEC-2022-Z-37）作者简介：丁东山，工程师，主要研究方向：建筑信息化、智能建造。卢皓，助理工程师，主要研究方向：建筑信息化、装配式 建筑。BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用研究*丁东山，卢皓（中建科工集团有限公司，广东 深圳 518000）建 筑 经 济2023年294雪大世界等配套酒店。项目为深圳市政府应急抢险救灾工程，有快速装配式建造要求，自初步设计阶段引入BIM技术，以“一模多用”为理念，全过程BIM深入应用，以技术为核心，以工期为主线，以质量安全为抓手，实现从设计、生产、施工、运维全产业链条的信息交互与共享，充分发挥设计、生产、施工 一体化管理优势，实现项目全生命周期的精细化管理与智能化管控。1.2项目重难点项目工期仅116天，需完成25栋单体，30万m2建设任务，国内外同体量工程最快工期也需要一年，且项目属于应急抢险救灾工程，将打造成“平疫结合、质量一流、本质安全”的三星级国际酒店，兼顾平疫转化。本项目采用标准化设计+工厂预制+现场装配的快速建造体系，多专业协同设计、多专业穿插施工，极限工期下完成高标准的建设任务。2BIM技术在智能建造应用中的优势智能建造的核心是信息资源的高效流通和有效应用，旨在以信息平台为项目载体，建立完整的数据流和信息库，从而实现建筑全生命周期的智能化管理。随着科学技术的发展，BIM技术也日渐成熟并广泛推广，为装配式建筑的智能化发展带来新的机遇。BIM为智能建造提供设计、生产、施工等全生命周期数据信息，将精细化的BIM模型同物联网、人工智能相结合，实现项目协同数据化、项目管理系统化、工程建设组织化，打造智能建造管理新模式。3基于BIM的装配式建筑智能建造以BIM技术为抓手，以数据为载体，实现设计、生产、施工、运维全产业链条的信息交互与共享，充分发挥设计、生产、施工 一体化技术和管理优势，实现设计、生产、施工全过程无缝对接，解决项目快速建造的实际需求，实现项目全生命周期的精细化管理与智能化管控。BIM在装配式建筑智能建造过程应用的整体架构如图1所示。3.1BIM在装配式建筑智能建造设计过程中的应用3.1.1标准化设计项目酒店部分分为客房模块、交通核模块、卫生通过模块。标准化设计落脚于工业化大生产，从材料运用、功能设置、系统集成等维度研究和提炼标准模数（3.6m/9m），找出从标准模数到标准空间模块（3.6m*9m*3.6m）、从标准空间模块到标准功能模块、再到功能模块系统集成的标准设计路径，实现应急隔离建筑设计标准化、模块化设计（图2）。3.1.2设计优化项目创新采用从施工 一线方案到设计的逆向思路，施工前置，从源头上把控项目质量。以项目多联机冷媒管安装方案为例，走道净高要求不低于2400mm，在完成机电主设计建模之后，空调类型才最终确定使用多联机，冷媒管沿走道敷设。联合施工分包多次讨论，在满足施工可实施性及规范的前提下，将原设计灯具两侧安装、冷媒管走道中敷设翻弯到房间的方案优化为灯具集中安装，冷媒管走道两侧敷设，取消原设计引起冷媒管的翻弯。经业主、设计讨论后，设计修改机电路由。3.1.3工程量统计项目采用模型量和采购量双向反馈的物资采购策略，以全专业BIM模型为基础，根据算量规则、企业清单及定额库逻辑结构进行数据提取与数据加工，自动生成专业详细的标准清单明细辅助招采，建立以工程清单领料的物资管理体系；探索标准单元现场安装工程量销项的施工策略，将安装区域的各专业用材提前打包，避免现场领料及材料浪费。图1BIM在装配式建筑智能建造过程应用的整体架构第 44 卷第 S1 期295丁东山，等BIM技术在装配式建筑智能建造中的应用研究3.1.4虚拟建造基于BIM进行全专业虚拟建造模拟，直观、高效表达设计意图和构造做法，以全员参与、施工前置的理念开展EPC项目的职能线和业务线的融合，通过BIM轻量化技术进行建筑、结构、机电、幕墙专业设计交底，将BIM模型进行详细深化模拟展示，固化工序、专业交叉顺序、关键节点做法，统一标准，为现场施工有序开展起到了引导、指导作用，为项目快速建造提供保障。3.2BIM在装配式建筑智能建造生产过程中的应用项目采用高装配率的快速建造体系，应用BIM技术结合钢结构全生命周期管理系统辅助生产，工厂预制、智能运输、现场装配，为116天完成高标准建设任务提供保障。基于RFID无线射频技术对预制构件的采购、切割、加工、运输、安装状态进行管理，实现构件全生命周期追溯可视化，实现构件管理数据化。3.2.1构件生产以钢结构全生命周期管理平台为基础，将轻量化BIM模型通过NC（数控）数据与加工设备对接，BIM模型数据信息导入全生命周期管理系统，工厂生产前通过BIM模型进行生产模拟，根据预制构件的用量信息进行组织排产（图3）。3.2.2运输管理项目通过移动智慧杆、视频监控系统、鹰眼系统、无人机系统构建了“点”、“面”、“体”三维立体的建设指挥调度系统。在进行有效现场指挥的同时，利用BIM技术建立场地可视化模型，依据模型输出精准运输计划，在调度平台中整合所有的监控信息与调度安排，形成系统化的调度流程。在BIM模型的辅助下，实现高效合理的车辆统筹和物料堆放安排。3.2.3构件管理将BIM轻量化模型导入智能建造管理平台，自动生成对应的二维码。通过移动端对构件的不同阶段进行扫码，记录该构件从生产、运输、安装、验收的全过程信息，并将移动端的记录数据回传到平台，达到信息在建筑全生命周期的生长和记录，实现构件全生命周期监管。打通现场、平台、模型全流程数据，实现构件状态实时掌控。3.3BIM在装配式建筑智能建造施工过程中的应用3.3.1三维场布模拟现场施工前，依据项目整体需求，利用BIM对现场平面、临时建筑、施工机具、场地道路等进行模型创建，直观反映并模拟建设过程中不同阶段平面的变化，从临建布置、人车分流方案可行性、施工场地堆放、大型机械站位、永临结合道路、垂直和水平运输等维度，可视化超前模拟现场实况，将常规5天的场布方案缩短至1天。3.3.2施工工序模拟将施工工序、质量要求、作业面、施工机械等信息与模型进行关联，从钢结构安装、到机电安装再到精装安装，建立质量要求明确、验收标准统一的重点施工工序模拟视频，确保现场作业达到“所见及所得”的标准。施工人员扫码观看对应的三维全景模型、技术交底动画及图纸，明确工序交叉及质量要求，确保现场多工作面的质量统一，为现场施工有序开展起到引导、指导作用。3.3.3无人机进度管理在施工过程中采用无人机航拍，根据施工场地，设置无人机航拍范围与路线。无人机依照预设的飞行轨迹，完成全自动巡航飞行及图像采集。根据飞行拍摄的图片及影像，通过边界重叠算法生成高精度无人机倾斜摄影实景模型。将裁剪后的倾斜摄影模型和关联进度信息的BIM模型同时导入轻量化平台，提取不同时间全景模型，直观显示进度对比情况，进行施工进度管理（图4）。图2基于基础模数组合示意图图3钢结构全生命周期管理流程建 筑 经 济2023年2963.3.4智慧工地应用以设计、生产阶段的数据作为支撑，深挖数据价值，基于BIM、物联网、大数据、人工智能等技术，实现人、机、材和建造过程的互联互通，从而为建筑全生命周期数据交互赋能，细化项目过程管理。搭建一个以安全管理为核心、以项目为主体的多方协同、多级联动、管理预控、整合高效的智慧工地平台（图5），更准确及时的数据采集、更智能的数据挖掘分析、更智慧的综合预测，保障工程质量、安全、进度目标的顺利实现。3.4BIM在装配式建筑智能建造运维过程中的应用融合BIM、物联网、人工智能等先进信息技术，打通项目建设与运维阶段的数据信息断层，融合建筑静态和动态信息，打造装配式建筑三维可视化、集成化的智慧运维管理新模式。（1）数据采集运维阶段应用智能移动端、物联网等技术实现建造全过程数据信息采集。在轻量化BIM施工模型的基础上，将统一映射标准的设备信息、监测信息、预警信息、视频监控等一系列数据信息导入运维管理系统中，形成动态的BIM运维模型。管理人员能够通过运维管理系统对建筑设施运行状态进行实时监测与监控，实现三维可视化下设备数据的实时更新。（2）应急管理设备发生故障时，基于BIM运维模型和设备数据信息进行定位查询、故障分析、事故自动处理以及统计分析等操作，实现安全监控综合化、应急处置高效化、全面提升项目运维管理水平。（3）数据挖掘基于BIM信息化运维管理平台将建筑本体与酒店运维管理信息相结合，逐渐形成建筑全生命周期大数据。通过数据挖掘、分析决策，为项目运维管理提供数据支撑，提升智能化管控能力，提高整体运行维护管理水平。4结语紧密结合我国隔离工程快速建造的需求，依托BIM技术、物联网技术、人工智能技术，实现装配式建筑数据信息交互与共享，创建设计、生产、施工、运维全生命周期的应用流程和管理体系，进而推动装配式建筑智能建造的实施和推广，符合建筑工业化、数字化、智能化趋势需求，具有一定的推广示范价值。快速建造在本项目的成功探索及实践，将为加快行业建造方式转变、推动建筑业高质量发展提供有益借鉴。参考文献1 张聚贤.BIM技术在装配式建筑全生命周期的应用研究J.重庆建筑，2020（8）：17-19.2 买亚锋，张琪玮，沙建奇.基于BIM+物联网的智能建造综合管理系统研究J.建筑经济，2020（6）：61-64.3 杨晓林.BIM技术在应急医院全过程工程咨询中的应用研 究J.土木建筑工程信息技术：1-7.4 Su Meng，Yang Bauer，Wang Xiaomin.Research on Integrated Design of Modular Steel Structure Container Buildings Based on BIMJ.Advances in Civil Engineering，2022.5 杨宇沫.基于BIM的装配式建筑智慧建造管理体系研究D.西安：西安科技大学，2020.6 郭晓豹，王鸣翔，江昆，等.BIM技术在大型货运机场工程施工管理中的应用以鄂州花湖机场转运中心工程为例J.建筑经济，2022（8）：55-64.7 Zhou Jason Xin，Shen Geoffrey Qiping，Yoon Sun Ho，etal.Customization of on-site assembly services by integrating the internet of things and BIM technologies in modular integrated constructionJ.Automation in Construction，2021，126.8 张云翼.基于BIM的建筑运维期能耗大数据管理与分析D.北京：清华大学，2020.图4进度曲线过程纠偏图5智慧工地管理系统